EP0152709B1 - Dispositif pyrotechnique de destruction d'un opercule et application à la réalisation d'un ensemble d'obturation temporaire - Google Patents

Dispositif pyrotechnique de destruction d'un opercule et application à la réalisation d'un ensemble d'obturation temporaire Download PDF

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EP0152709B1
EP0152709B1 EP19840402440 EP84402440A EP0152709B1 EP 0152709 B1 EP0152709 B1 EP 0152709B1 EP 19840402440 EP19840402440 EP 19840402440 EP 84402440 A EP84402440 A EP 84402440A EP 0152709 B1 EP0152709 B1 EP 0152709B1
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EP
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pyrotechnic
hollow body
cover
destruction
ejection orifice
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Jean-Pierre Bonet
Gérard Lagas
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Pyromeca Ste
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K13/00—Other constructional types of cut-off apparatus; Arrangements for cutting-off
    • F16K13/04—Other constructional types of cut-off apparatus; Arrangements for cutting-off with a breakable closure member
    • F16K13/06—Other constructional types of cut-off apparatus; Arrangements for cutting-off with a breakable closure member constructed to be ruptured by an explosion

Definitions

  • the present invention relates to the field of security and allows the almost instantaneous opening of a conduit or an enclosure, in particular under pressure, in order to allow the circulation of a fluid after rupture of the lid of temporary closure of this conduit or this enclosure.
  • Such pyrotechnic devices for destroying a cover are already known but they are suitable for the rupture of covers or membranes closing enclosure openings, or conduits, of small diameters.
  • the documents FR-A-2 502 729 and US-A-4 046 156 describe for example exits from fire extinguishing devices, which use explosive charges whose shock wave causes the rupture of the seal waterproof closure.
  • the destruction of a cover by projection of a percussion mass propelled by a pyrotechnic charge is also known, for example from documents US-A-4188 856 and FR-A-2185767.
  • a tempered glass cover Compared to the technique of central projection of a percussion mass, the use of a tempered glass cover has the advantages set out above, but it should be noted that such covers are only difficult to use for conduits. large diameters and, or, containing a fluid at high pressure, and that moreover maintaining an absolute seal after destruction of the cover poses delicate problems, obtaining this additional sealing function then complicating the temporary shutter assembly comprising such a pyrotechnic device for destroying a cover.
  • conduit has only a small diameter and contains only a fluid stored at a pressure of a few bars, which is the case for fire extinguishers, it is then necessary either to provide a conduit of very large thickness which resists the detonation wave (US-A-4,046,156) either to provide an exhaust orifice and, or a piston for damping the detonation wave, (FR-A-2,502,729) , forecasts which then complicate the temporary shutter assembly comprising such a pyrotechnic device for destroying a cover.
  • the present invention aims to be used regardless of the dimensions of the duct and the pressure of the fluid, this leaving the largest passage section for this fluid and facilitating the evacuation of a simple seal, while minimizing the effects of overpressure applied to the fluid present in the duct.
  • the invention is characterized in that the hollow body of the pyrotechnic device for destroying a cover, is at least partially filled with resistant granular elements which are interposed between the pyrotechnic charge and the ejection orifice formed in the hollow body , this orifice being directed towards the cover.
  • the charge comprises a charge generating gas, in particular a charge of propellant powder based on nitrocellulose.
  • a flock is interposed between the pyrotechnic charge and the granular elements, which improves the propulsion of these elements and limits the solid angle of dispersion, and, on the other hand, the granular elements are metallic, zinc shot or punching sheet metal cutouts may be suitable, but the use of simple shotguns is possible despite the malleability of this material.
  • the hollow body of the device is provided with an ejection orifice which is arranged laterally and which has substantially the same diameter as the internal diameter of the hollow body.
  • the gradual projection of the granular elements is all the better achieved as the bore of the hollow body used for the storage of the granular elements has a large slenderness, and it is advantageous that this slenderness is at least equal to two in order to reduce the maximum instantaneous value. of the thrust on the cover, the kinetic energy of each granular element being on the other hand sufficient to burst this cover.
  • the present invention also relates to the application of a pyrotechnic destruction device, in accordance with the characteristics set out above, to the production of a temporary closure assembly comprising a frangible cover, the ejection orifice of the pyrotechnic device advantageously opening into an area comprising a gas.
  • the distance between the fangible cover and the ejection orifice of the pyrotechnic device is between once and three times the internal diameter of the duct, and, according to a particular form of construction, when the hollow body of the device is provided a lateral ejection orifice, the latter is positioned substantially tangent to the internal surface of the duct, and the concave face of the convex cover is directed towards this orifice.
  • Figure 2 shows in axial section a second temporary shutter assembly whose pyrotechnic destruction device is mounted axially in the pressurized gas.
  • the liquid expulsion pipe (1) (2) is connected to a pressurized storage enclosure at 60 bars, the cover (3) made of steel stainless steel with a thickness of 0.16 mm being calculated to resist up to a pressure of 90 bars.
  • the seal is ensured by an O-ring (4) engaged in the groove formed on the tightening surface of the domed cover, the concave face of which is directed outwards, and this cover (3) is immobilized by the support of the pyrotechnic destruction device (5), this support corresponding in the example of Figure 1 to a tube (6) extending the conduit (1) and screwed inside thereof.
  • This tubing comprises a lateral thread located substantially at a distance from the tightening surface of the cover (3), equal to twice the internal diameter of the tubing, this diameter itself being equal to the internal diameter of the conduit (1 ).
  • the pyrotechnic destruction device (5) is screwed into this lateral tapping, oriented towards the cover (3) by means of the mark consisting of a light drilling primer (7) and clamped by a lock nut (8).
  • This pyrotechnic device is machined from a threaded steel rod which is drilled axially to constitute the hollow body (9), this drilling not opening at the other end and the lateral ejection orifice (10) being obtained by drilling orthogonal of the same diameter which opens into the axial bore.
  • This ejection orifice is closed by a cover (11) constituted by a neoprene washer with a thickness of 3 mm, which is directly bonded to the hollow body.
  • the portion of the bore of the hollow body used for the storage of 8 grams of lead shot (12) with an average diameter of 1.5 millimeter is then filled, and a flock (13) constituted by a neoprene washer of a thickness of 4 millimeters is placed above the pellets.
  • the pyrotechnic charge (14) is then engaged in the central bore of the hollow body and encloses a seal (15), this charge being secured to the hollow body (9) by means of the shouldered nut (16).
  • the pyrotechnic charge consists of a metallic pyrotechnic cartridge which has a sealed passage for the passage of the electrical ignition wires (17), which are connected inside to an igniter reinforced with 50 milligrams of black powder, the main charge gas generator consisting of 50 milligrams of propellant powder based on nitrocellulose of the powder strand type B having 7 holes.
  • the pyrotechnic destruction device (5) penetrates into the tubing (6) only in a limited manner, so that the lateral ejection orifice (10) of the pellets is substantially tangent to the internal surface of this tubing .
  • the beam of pellets is sufficiently offset downwards, due to the angled trajectory of these pellets inside the hollow body, for this beam to intercept the entire face concave of the cover (3), and so that the distribution of the pellets in this beam in the form of a cone not of revolution is substantially homogeneous.
  • the angle of incidence of the pellets on the tubing (6) is all the smaller as the distance between the cover and the pyrotechnic destruction device increases, but from a distance substantially equal to 1.5 times the internal diameter l 'incidence is low enough that there is no deterioration of the internal surface of a bronze or steel tube, especially when the granular elements are lead.
  • FIG. 2 corresponds to a second embodiment shown substantially on scale 1
  • the temporary shutter assembly (20) corresponds to a pipe bend (21) equipped with the pyrotechnic destruction device (22) and the cover (23) held by a counter plate (24).
  • the elbow ends on each side with circular connection flanges, the flange (25) being connected to a network of pressurized gas, and the flange (26) being connected to a drainage circuit which can be used in the event of anomaly detection. operation on the gas network.
  • the elbow (21) has an external boss (27) concentric with the flange (26), the hollow body (28) threaded of the pyrotechnic device being screwed into the central thread of the boss, and the hexagonal flange of this hollow body compressing a joint sealing (29) interposed between the face of the boss and this flange.
  • the hollow body (28) has a blind central bore, the bottom of which is erected, the external face of the end of this hollow body itself being erected and notched by a circular groove with open flanks, so as to constitute a primer for rupture of the bottom (30) of the hollow body which constitutes an integrated cover.
  • the bore portion of the hollow body used for the storage of sinkers (31) has a slenderness value of 4 which allows one. good distribution over time of the impacts of the different seals which perforate the cover (23) and almost manage to shred it completely.
  • the pyrotechnic charge (32) consists of a gas generator cartridge similar to the cartridge defined in the previous example.

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Description

  • La présente invention se rapporte au domaine de la sécurité et permet l'ouverture quasi instantanée d'un conduit ou d'une enceinte, notamment sous pression, afin de permettre la circulation d'un fluide après rupture de l'opercule de fermeture temporaire de ce conduit ou de cette enceinte.
  • De tels dispositifs pyrotechniques de destruction d'un opercule sont déjà connus mais ils sont adaptés à la rupture d'opercules ou de membranes obturant des ouvertures d'enceinte, ou des conduits, de petits diamètres. Les documents FR-A-2 502 729 et US-A-4 046 156 décrivent par exemple des sorties d'appareils d'extinction d'incendie, qui utilisent des charges explosives dont l'onde de choc provoque la rupture de l'opercule de fermeture étanche. Par ailleurs, la destruction d'un opercule par projection d'une masse de percussion propulsée par une charge pyrotechnique est également connue, par exemple par les documents US-A-4188 856 et FR-A-2185767.
  • Si la projection latérale d'une masse permet la destruction d'un opercule en verre trempé (FR-A-2 185 767) dont les fragments sont facilement éliminés dans le conduit d'acheminement d'un fluide, et si une telle réalisation permet de laisser totalement libre la section de passage du conduit, il n'en est par contre pas de même lorsque la masse de percussion est centrée sur l'opercule à rompre (US-A-4 188 856) car cette masse obture partiellement le conduit d'évacuation du fluide, à moins que ne soient prévus, soit un retour en position initiale de cette masse, soit une éjection dans un réceptacle hors du conduit, ces fonctions supplémentaires compliquant alors l'ensemble d'obturation temporaire utilisant un tel dispositif pyrotechnique de destruction d'un opercule. Par rapport à la technique de la projection centrale d'une masse de percussion, l'utilisation d'un opercule en verre trempé présente les avantages exposés ci-dessus mais il faut noter, que de tels opercules ne sont que difficilement utilisables pour des conduits de grands diamètres et, ou, contenant un fluide à haute pression, et que de plus le maintien d'une étanchéité absolue après destruction de l'opercule pose de délicats problèmes, l'obtention de cette fonction supplémentaire d'étanchéité compliquant alors l'ensemble d'obturation temporaire comportant un tel dispositif pyrotechnique de destruction d'un opercule.
  • En ce qui concerne l'utilisation de charges explosives évoquée ci-dessus, si cette technique conduit a priori à des solutions mécaniquement simples, il faut noter également qu'une telle technique est difficilement adaptable à des conduits de grands diamètres et, ou contenant un fluide à haute pression, car la résistance de l'opercule impose alors de créer une onde de choc d'une telle violence que les effets secondaires sont difficiles à maîtriser, peu de réseaux de fluide ou d'enceintes de stockage étant capables d'encaisser une telle surpression, notamment lorsque le fluide est un liquide dont l'incompressi- bilité entraîne la transmission d'un coup de bélier à toute l'installation. De plus, même lorsque le conduit ne présente qu'un faible diamètre et ne contient qu'un fluide stocké à une pression de quelques bars, ce qui est le cas pour des extincteurs, il est alors nécessaire soit de prévoir un conduit de très forte épaisseur qui resiste à l'onde de détonation (US-A-4 046 156) soit de prévoir un orifice d'échappement et, ou un piston d'amortissement de l'onde de détonation, (FR-A-2 502 729), prévisions qui compliquent alors l'ensemble d'obturation temporaire comportant un tel dispositif pyrotechnique de destruction d'un opercule.
  • La présente invention a pour but d'être utilisée quelles que soient les dimensions du conduit et la pression du fluide, cela en laissant la plus grande section de passage à ce fluide et en facilitant l'évacuation d'un simple opercule, tout en minimisant les effets de surpression appliquée au fluide présent dans le conduit. L'invention se caractérise en ce que le corps creux du dispositif pyrotechnique de destruction d'un opercule, est au moins partiellement rempli d'éléments granulaires résistants qui sont interposés entre le chargement pyrotechnique et l'orifice d'éjection ménagé dans le corps creux, cet orifice étant dirigé vers l'opercule. Plus particulièrement, le chargement comporte une charge génératrice de gaz, notamment une charge de poudre propulsive à base de nitrocellulose.
  • Préférentiellement, d'une part, une bourre est interposée entre le chargement pyrotechnique et les éléments granulaires, ce qui améliore la propulsion de ces éléments et limite l'angle solide de dispersion, et, d'autre part, les éléments granulaires sont métalliques, de la grenaille de zinc ou des découpes de poinçonnage de tôle pouvant convenir, mais l'utilisation de simples plombs de chasse étant possible malgré la malléablilité de ce matériau.
  • Selon un mode particulier de réalisation, le corps creux du dispositif est muni d'un orifice d'éjection qui est disposé latéralement et qui présente sensiblement le même diamètre que le diamètre interne du corps creux.
  • La projection progressive des éléments granulaires est d'autant mieux réalisée que l'alésage du corps creux utilisé au stockage des éléments granulaires présente un grand élancement, et il est avantageux que cet élancement soit au moins égal à deux afin de réduire la valeur instantanée maximale de la poussée sur l'opercule, l'énergie cinétique de chaque élément granulaire étant par contre suffisante pour crever cet opercule.
  • La présente invention vise également l'application d'un dispositif pyrotechnique de destruction, conforme aux caractéristiques exposées ci-dessus, à la réalisation d'un ensemble d'obturation temporaire comportant un opercule frangible, l'orifice d'éjection du dispositif pyrotechnique débouchant avantageusement dans une zone comportant un gaz. Préférentiellement, la distance entre l'opercule fangible et l'orifice d'éjection du dispositif pyrotechnique est comprise entre une fois et trois fois le diamètre interne du conduit, et, selon une forme particulière de construction, lorsque le corps creux du dispositif est muni d'un orifice latéral d'éjection, celui-ci est positionné sensiblement tangent à la surface interne du conduit, et la face concave de l'opercule bombé est dirigée vers cet orifice.
  • Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent essentiellement en ce que l'opercule est déchiqueté par les éléments granulaires projetés au moyen du chargement pyrotechnique, l'action de destruction de l'opercule étant étalée dans le temps par rapport à l'action brutale et immédiate, soit d'une onde de choc, soit d'une masse de percussion, puisque chaque élément granulaire, ou presque, perfore l'opercule lors de son impact. Ces différents impacts ne sont pas simultanés puisque les éléments sont éjectés sous forme d'un « nuage dont l'enveloppe divergente est sensiblement conique, ce nuage étant d'autant plus allongé que l'alésage du corps creux dans lequel sont logés les éléments granulaires présente lui-même un grand élancement. Dans ce qui suit, l'invention est exposée plus en détail à l'aide d'un dessin pour lequel :
    • La figure 1 représente en coupe axiale un premier ensemble d'obturation temporaire dont le dispositif pyrotechnique de destruction est monté latéralement hors du liquide stocké sous pression.
  • La figure 2 représente en coupe axiale un second ensemble d'obturation temporaire dont le dispositif pyrotechnique de destruction est monté axialement dans le gaz pressurisé.
  • En se référant à la figure 1, représentée sensiblement à l'échelle 1, le conduit (1) d'expulsion du liquide (2) est raccordé à une enceinte de stockage pressurisée à 60 bars, l'opercule (3) réalisé en acier inoxydable d'une épaisseur de 0,16 mm étant calculé pour résister jusqu'à une pression de 90 bars. L'étanchéité est assurée par un joint torique (4) engagé dans la gorge ménagée sur la portée de serrage de l'opercule bombé dont la face concave est dirigée vers l'extérieur, et cet opercule (3) est immobilisé par le support du dispositif pyrotechnique de destruction (5), ce support correspondant dans l'exemple de la figure 1 à une tubulure (6) prolongeant le conduit (1) et vissé à l'intérieur de celui-ci.
  • Cette tubulure comporte un taraudage latéral situé sensiblement à une distance, de la portée de serrage de l'opercule (3), égale à deux fois le diamètre interne de la tubulure, ce diamètre étant lui-même égal au diamètre interne du conduit (1). Le dispositif pyrotechnique de destruction (5) est vissé dans ce taraudage latéral, orienté vers l'opercule (3) au moyen du repère constitué par une légère amorce de perçage (7) et bridé par un contre écrou (8).
  • Ce dispositif pyrotechnique est usiné dans une tige filetée en acier qui est percée axialement pour constituer le corps creux (9), ce perçage ne débouchant pas à l'autre extrémité et l'orifice d'éjection (10) latéral étant obtenu par un perçage orthogonal de même diamètre qui débouche dans le perçage axial. Cet orifice d'éjection est obturé par un opercule (11) constitué par une rondelle en néoprène d'une épaisseur de 3 mm, qui est directement collée sur le corps creux. La portion de l'alésage du corps creux utilisée au stockage de 8 grammes de plombs (12) de chasse d'un diamètre moyen de 1,5 millimètre est alors remplie, et une bourre (13) constituée par une rondelle en néoprène d'une épaisseur de 4 millimètres est placée au-dessus des plombs. Le chargement pyrotechnique (14) est alors engagé dans l'alésage central du corps creux et enserre un joint d'étanchéité (15), ce chargement étant solidarisé au corps creux (9) au moyen de l'écrou épaulé (16). Le chargement pyrotechnique est constitué par une cartouche pyrotechnique métallique qui comporte une traversée étanche pour le passage des fils électriques (17) de mise à feu, qui sont connectés à l'intérieur à un inflammateur renforcé par 50 milligrammes de poudre noire, la charge principale génératrice de gaz étant constituée par 50 milligrammes de poudre propulsive à base de nitrocellulose du type brin de poudre B présentant 7 trous.
  • Le dispositif pyrotechnique de destruction (5) ne pénètre dans la tubulure (6) que d'une manière limitée, de façon à ce que l'orifice latéral d'éjection (10) des plombs soit sensiblement tangent à la surface interne de cette tubulure. Malgré cette position désaxée de l'orifice d'éjection, le faisceau de plombs est suffisamment déporté vers le bas, du fait de la trajectoire coudée de ces plombs à l'intérieur du corps creux, pour que ce faisceau intercepte la totalité de la face concave de l'opercule (3), et pour que la répartition des plombs dans ce faisceau en forme de cône non de révolution soit sensiblement homogène. L'angle d'incidence des plombs sur la tubulure (6) est d'autant plus faible que la distance entre l'opercule et le dispositif pyrotechnique de destruction augmente, mais dès une distance égale sensiblement à 1,5 fois le diamètre interne l'incidence est suffisamment faible pour qu'il ne se produise aucune altération de la surface interne d'une tubulure en bronze ou en acier, notamment lorsque les éléments granulaires sont en plomb. L'utilisation d'un tel dispositif pyrotechnique ayant un orifice d'éjection latérale conduit à une plus grande dispersion de la valeur de l'énergie cinétique de chaque élément granulaire, et il est donc très souhaitable dans ce cas que la concavité de l'opercule soit bien dirigée vers cet orifice d'éjection, afin d'éviter que les plombs n'arrivent au contact de la partie basse de l'opercule (3) avec une incidence trop rasante qui ne permettrait pas de crever l'opercule.
  • La figure 2 correspond à un second exemple de réalisation représenté sensiblement à l'échelle 1, et l'ensemble d'obturation temporaire (20) correspond à un coude de conduit (21) équipé du dispositif pyrotechnique de destruction (22) et de l'opercule (23) maintenu par une contre plaque (24). Le coude se termine de chaque côté par des brides circulaires de raccordement, la bride (25) étant raccordée à un réseau de gaz pressurisé, et la bride (26) étant raccordée à un circuit de vidange utilisable en cas de détection d'anomalies de fonctionnement au niveau du réseau de gaz. Le coude (21) comporte un bossage extérieur (27) concentrique à la bride (26), le corps creux (28) fileté du dispositif pyrotechnique étant vissé dans le taraudage central du bossage, et la collerette hexagonale de ce corps creux comprimant un joint d'étanchéité (29) interpose entre la face du bossage et cette collerette. Le corps creux (28) comporte un alésage central borgne dont le fond est dressé, la face externe de l'extrémité de ce corps creux étant elle-même dressée et entaillée par une rainure circulaire à flancs ouverts, de manière à constituer une amorce de rupture du fond (30) du corps creux qui constitue un opercule intégré. La portion d'alésage du corps creux utilisé au stockage des plombs (31) présente un élancement d'une valeur de 4 qui permet une . bonne répartition dans le temps des impacts des différents plombs qui perforent l'opercule (23) et arrivent presque à le déchiqueter complètement. Le chargement pyrotechnique (32) est constitué par une cartouche génératrice de gaz semblable à la cartouche définie dans l'exemple précédent.

Claims (13)

1. Dispositif pyrotechnique de destruction (5-22) d'un opercule (323) obturant un conduit (1-21), ce dispositif comprenant un corps creux (9-28) dans lequel est placé un chargement pyrotechnique (14-32) initiable de l'extérieur, ce corps creux comportant un orifice dirigé vers l'opercule, caractérisé en ce que le corps creux est au moins partiellement rempli d'éléments granulaires (12-31) résistants qui sont interposés entre ledit chargement pyrotechnique (14-32) et l'orifice d'éjection (10).
2. Dispositif pyrotechnique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chargement pyrotechnique (14-32) comporte une charge génératrice de gaz.
3. Dispositif pyrotechnique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la charge génératrice de gaz utilise une poudre propulsive à base de nitrocellulose.
4. Dispositif pyrotechnique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une bourre (13) est interposée entre le chargement pyrotechnique (14) et les éléments granulaires (12).
5. Dispositif pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments granulaires (12-31) sont métalliques.
6. Dispositif pyrotechnique selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments granulaires sont des plombs de chasse.
7. Dispositif pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps creux (9) est muni d'un orifice d'éjection (10) disposé latéralement.
8. Dispositif pyrotechnique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la portion d'alésage du corps creux (9-28) utilisée pour le stockage des éléments granulaires (12-31) présente un élancement au moins égal à deux.
9. Application d'un dispositif pyrotechnique de destruction (5-22), conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, à la réalisation d'un ensemble d'obturation temporaire (20) comportant un opercule frangible (3-23).
10. Application selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'orifice d'éjection (10) du dispositif pyrotechnique (5) débouche dans une zone comportant un gaz.
11. Application selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce que l'opercule (3) est bombé, la face concave étant dirigée vers le dispositif pyrotechnique de destruction (5).
12. Application selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que la distance entre l'opercule frangible (3-23) et l'orifice d'éjection (10) du dispositif pyrotechnique de destruction est comprise entre une fois et trois fois le diamètre interne du conduit (1-21).
13. Application selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que le dispositif pyrotechnique de destruction comporte un corps creux (9) qui est muni d'un orifice latéral d'éjection (10) sensiblement tangent à la surface interne du conduit (1, 6).
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FR2557251A1 (fr) 1985-06-28

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